KR20010012722A

KR20010012722A - 가스절연기기의 부분방전 검출장치

Info

Publication number: KR20010012722A
Application number: KR1019997010683A
Authority: KR
Inventors: 가토다츠로; 오시타요이치
Original assignee: 가나이 쓰도무; 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 2001-02-26
Also published as: DE69736842T2; EP0984289B1; EP0984289A4; KR100658820B1; TW376454B; DE69736842D1; EP0984289A1; WO1998053334A1; US6333715B1

Abstract

가스절연기기의 내부이상시에 발생하는 부분방전에 기인하는 전자파를 콤팩트하게 광대역, 고감도의 안테나를 사용하여 검출한다.

가스절연기기의 금속용기(3)내에 반원판을 평면상에 2 매 조합시켜 구성된 원형의 안테나수신부(4)에 의하여 부분방전의 전자파를 광대역 또한 고감도로 검출한다. 검출한 신호는 동축 밀봉단자(7) 및 동축 케이블(8)을 통하여 측정장치(10)로 측정된다. 또 반원판의 안테나부는 면적을 크게 취하고 있기 때문에 전위측정부와의 정전용량을 크게 취할 수 있어 고감도의 전위측정도 가능하게 되어 있다.

Description

가스절연기기의 부분방전 검출장치{PARTIAL DISCHARGE DETECTOR OF GAS-INSULATED APPARATUS}

변전소에서 사용하고 있는 전력기기로서는, 가스절연 개폐장치, 가스절연모선, 가스절연변압기 등이 있다. 이들 전력기기는 절연가스를 충전한 밀폐금속용기내에 고전압도체를 절연지지하여 이루어지는 가스절연기기로서, 금속이물 등의 내부결함이 존재하면 국소적으로 전계가 높아져 부분방전이 발생한다. 발생한 부분방전을 그대로 방치해 두면 절연파괴에 이르고，대사고로 연결될 가능성이 있다. 따라서 이와 같은 금속용기내부에서 발생하고 있는 부분방전을 조기에 발견하여 어떠한 대책을 실시할 필요가 있다. 부분방전신호를 검출함으로써 절연파괴를 사전에 예지하는 것이 가능한 것은 알려져 있으며, 이 부분방전검출은 가스절연기기의 예방보전방법으로서 중요시되고 있다.

그런데, SF₆가스중의 부분방전은 급준한 펄스전류가 발생하는 고전압현상으로서, 부분방전에 의하여 발생하는 전자파는 순간에 공간으로 방사되고 금속용기내를 전파하게 된다. 따라서 이 전자파를 검출함으로써 절연이상을 예지하는 것이 가능하게 되나, 밀폐용기이기 때문에 금속용기로부터 외부로는 전자파는 거의 방사되지 않기 때문에, 밀폐용기의 내부에서 신호를 검출하여 기밀단자를 사용하여 외부의 측정장치로 검출하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치가 제안되어 있다.

예를 들어 일본국 특개평3-56016호 공보에 기재된 바와 같이, 가스절연기기의 금속용기내에 루프안테나를 설치하여, 발생한 부분방전에 의한 전자파를 이 루프안테나로 검출하는 것이나 일본국 특개평3-164023호 공보에 기재된 바와 같이 금속용기 외부로부터 슬롯트안테나로 검출하는 방법이 알려져 있다.

또 가스절연기기에 있어서 정상적인 전압이 인가되고 있는 지의 여부를 조사하기 위한 운전전압측정이나 번개나 개폐서지를 조사하기 위한 서지전압측정에 있어서, 전압을 검출하기 위하여 전압검출장치가 필요하다. 이 전압측정의 비접촉방식의 것으로서 일본국 특개평8-248065호 공보에 기재된 것 같은 정전분압하는 방법이 알려져 있다.

종래의 가스절연기기에 있어서의 부분방전 검출법은 상기한 바와 같은 것이 있었으나, 부분방전신호는 매우 미약하여 외부 노이즈의 영향을 받기 때문에, 부분방전신호의 검출감도, 정밀도도 반드시 만족할 수 있는 것이 아니라, 보다 고감도의 부분방전 검출법이 요구되고 있다. 또 부분방전 발생부위가 다르면, 신호의 크기뿐만 아니라, 주파수에 대한 출력이 크게 다를 가능성이 았다. 부분방전 발생부위를 측정하기 위해서는 0 ~ 수 GHz라는 넓은 주파수대역에 걸쳐 감도가 좋은 검출이 요구된다.

또 전압측정에 있어서 정확한 측정을 행하기 위해서는 측정장치가 대형화하여 간단하고, 정확한 측정을 할 수 있는 방법이 요구되고 있다.

본 발명의 제 l 목적은, 광대역, 고감도의 가스절연기기의 부분방전 검출장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 2 목적은, 운전전압이나 서지전압의 측정이 가능한 가스절연기기의 부분방전 검출장치를 제공하는 데 있다.

본 발명 제 3 목적은, 광대역, 고감도이고, 운전전압이나 서지전압의 측정이 가능한 가스절연기기의 부분방전 검출장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 가스절연기기의 부분방전 검출장치에 관한 것으로, 절연가스를 충전하여 사용하는 가스차단기, 가스절연 개폐장치, 가스절연모선 등의 가스절연기기에 있어서 금속용기 내부의 절연이상인 부분방전발생을 금속용기 외부에서 검출하는 데 가장 적합한 부분방전 신호검출장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 가스절연기기의 부분방전 검출장치를 나타내는 종단면도,

도 2는 가스절연의 전위측정에 적용한 예를 나타내는 종단면도,

도 3은 도 2의 변형예를 나타내는 종단면도,

도 4는 도 1의 변형예를 나타내는 부분종단면도,

도 5는 도 1의 변형예를 나타내는 부분종단면도,

도 6은 안테나수신부의 변형예를 나타내는 종단면도,

도 7은 도 2의 변형예를 나타내는 종단면도,

도 8은 반사판을 설치한 예를 나타내는 종단면도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 가스절연기기의 부분방전 검출장치는, 절연가스를 밀봉한 금속용기에 고전압도체가 절연지지체에 의하여 지지된 가스절연기기의 부분방전 검출장치에 있어서, 상기 금속용기내에 2매의 판형상의 도전성전극을 간극을 가지고 설치하여 형성된 안테나수신부와, 그 안테나수신부에 접속되어 동축의 밀봉단자를 거쳐 상기 금속용기 외부로 인출된 동축케블과, 그 동축케블에 접속된 측정장치를 구비한 것을 특징으로 한다. 또한 상기 2매의 판형상의 도전성전극이 가스절연기기 내부의 흡착제함유 파티클트랩이나 핸드홀 내의 저전계부분에 설치되는 것으로서, 또한 반원형으로 형성되어 있는 것이다. 또한 상기 안테나수신부로부터의 신호선과 대지사이에 콘덴서를 삽입한 것이다. 또한 상기 2매의 판형상의 도전성 전극을 상기 금속용기의 내면을 따른 형상으로 형성한 것이다. 또 상기 2매의 판형상의 도전성 전극의 바깥둘레쪽의 에지부분의 각을 둥글게 형성한 것이다. 또 상기 2매의 판형상의 도전성 전극의 바깥둘레쪽을 덮는 밀봉전극을 설치한 것이다.

본 발명의 일 실시예를 도 1 내지 도 8에 의하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예인 부분방전 검출장치의 종단면도, 도 2는 가스절연의 전위측정에 적용한 예를 나타내는 종단면도, 도 3은 도 2의 변형예를 나타내는 종단면도, 도 4는 도 1의 변형예를 나타내는 부분종단면도, 도 5는 도 1의 변형예를 나타내는 부분종단면도, 도 6은 안테나수신부의 변형예를 나타내는 종단면도, 도 7은 도 2의 변형예를 나타내는 종단면도, 도 8은 반사판을 설치한 예를 나타내는 종단면도이다.

도 1에 나타내는 예는, 가스절연기기로서 알려진 가스절연모선의 1 상분에 본 실시예의 부분방전　검출장치를 적용한 경우를 나타내고 있다. 관형상으로 형성된 금속용기(3)는 접지전위로 되어 있고, 이 금속용기(3)내에는 절연지지체(1)에 의하여 고전압도체(2)가 지지되어 있다. 또한 금속용기(3)내에는 절연성능이 뛰어 난 SF₆가스 등의 절연가스가 밀봉되어 있다. 금속용기(3)의 몸체부에는 핸드홀이 설치되어 있고, 이 핸드홀내에는 안테나수신부(4)가 설치되어 있다. 핸드홀에는 밀봉하기 위한 플랜지(5)가 설치되어 있다. 안테나수신부(4)는 2매의 반원판을 조합시킨 원형의 것을 평면형상으로 배치하여 구성되어 있다. 이 2매의 반원판은 양도체인 동이나 알루미늄이 적용되어 있고, 도전성전극을 형성하고 있다. 안테나수신부(4)는 플랜지(5)에 설치되어 핸드홀내에 설치된 안테나지지대(6)에 설치되어 고 있다. 이 때문에 안테나는 절연물에 의하여 접지탱크인 금속용기(3)로부터 들떠 고정되어 있다. 안테나 지지대(6)의 중앙부에는 임피던스의 변화가 작은 동축케블(8)이 설치되고, 안테나 수신부(4)는 그 설치장소 근처에서 2매의 반원판의 각각을 원형의 중심부근에서 동축단자의 중심선 및 바깥쪽선에 접속하여 동축케블(8)에 접속되어 있다. 동축케이블(8)은 플랜지(5)에 설치된 동축의 밀봉단자(7)를 거쳐 금속용기(3)외의 동축케이블(8)에 접속되고, 또한 동축커넥터를 거쳐 측정장치 (10)에 접속되어 있다.

이와 같이 구성된 가스절연기기의 부분방전 검출장치에서는 금속용기(3)내에서 부분방전이 발생하면, 수 GHz에 이르는 높은 고주파의 전류펄스가 발생하고, 전류파가 금속용기(3)내를 전파한다. 이 전파한 전자파가 안테나수신부(4)에 의하여 수신되면, 안테나수신부(4)에 전압을 유기한다. 유기된 전압은 플랜지(5)에 설치된 밀봉단자(6)를 통하여 금속용기(3)의 외부로 인출되고, 동축케이블(8)을 거쳐 측정장치(10)에 전송된다. 검출기로서의 안테나수신부(4)는 2매의 반원판을 조합하여 원형으로 한 구조이고, 다이폴안테나의 수신부의 면적을 크게 한 형으로, 고전압도체(2) 및 접지간의 정전용량을 증가시켜 가스절연기기내의 전위측정을 가능하게 하고 있다. 또 안테나수신부로부터 동축구조로 신호를 전송한다는 구조를 채택함으로써, 수신한 100MHz이상의 신호를 감쇠시키는 일 없이 측정장치까지 전송할 수 있고, 수 GHz의 고주파대역까지 측정가능하게 되어 있다. 또 금속용기(3)내에 안테나수신수(4)를 수납하는 공간에는 제한이 있기 때문에, 이와 같은 안테나수신부(4)를 사용함으로써, 좁은 공간내에서도 넓은 주파수대역의 신호를 수신하는 것이 가능하다.

또한 안테나수신부(4)를 접지하여 사용함으로써, 안테나 자신을 플로트전극으로 하는 일 없이 접지전위로 사용할 수 있어 가스절연기기내부에 두더라도 장해의 발생을 적게 할 수 있다.

이와 같이 고감도, 광대역의 부분방전을 검출할 수 있기 때문에, 가스절연기기의 예방보전에 대하여 고정밀도화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 가스절연기기내의 한 개의 안테나의 검출가능한 범위가 넓어지기 때문에, 다수의 안테나를 설치할 필요가 없어 경제적으로도 우수하다.

도 2, 도 3에서는 가스절연기기의 전위측정에 적용한 예를 나타내고 있다. 이 경우는 안테나지지대를 사용하지 않고, 안테나수신부(4)를 동축 원통관으로 지탱하고 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 안테나수신부(4)와 고전압도체(2)사이에서는 정전용량(C1)이 형성되고, 안테나수신부와 접지사이에서는 정전용량(C2)이 형성된다. 이 정전용량(C1)과 정전용량(C2)은 미리 측정할 수 있는 값으로 안테나수신부(4)에서 정전분압에 의한 전위를 측정할 수 있다. 이 측정한 전위로부터 정전분압으로 고전압도체(2)의 전압을 측정할 수 있다. 정전분압에 의하여 전위를 측정하는 경우, 정전용량은 가급적 큰 쪽이 감도가 좋다. 본 실시예는 안테나수신부 (4)를 상기한 바와 같이 구성하고 있기 때문에, 수신부의 면적이 큰 검출기에 적합하다.

또한 도 3에 나타내는 예는 전위측정을 보다 감도좋게 측정하기 위한 구성예를 나타내고 있다. 이 예에서는 금속용기(3)의 바깥쪽에 설치되어 있는 동축케이블(8)의 중심선과 바깥쪽 선을 접속하여 선과 대지사이에 콘덴서(C3)를 삽입하고 있다. 콘덴서(C3)의 용량을 정전용량(C2)과 비교하여 충분히 크게 C2《 C3로 함으로써 감도좋은 전압측정을 행할 수 있다.

그런데 가스절연기기내에 상기한 반원판안테나를 실제로 사용하는 경우에는, 전계집중에 의한 절연저하를 고려할 필요가 있어 설치하는 장소가 문제가 된다. 이 안테나의 영향으로부터 전계집중에 의한 절연저하를 방지할 필요가 있기 때문에파티클트랩이나 흡착제함유 핸드홀 등의 저전계부분에 설치함과 동시에, 도 4 내지 도 6에 나타내는 연구를 행하고 있다.

도 4에 나타내는 예는 안테나수신부(4)를 형성하고 있는 반원판의 바깥 둘레부의 에지부를 둥글게 형성하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 수신감도를 저하시키는 일없이, 전계집중을 방지할 수 있다.

도 5에 나타내는 예는 안테나지지대(6)의 바깥둘레쪽에 금속제 커버인 밀봉전극(16)을 설치하고, 이 밀봉전극(16)을 안테나수신부(4)를 구성하는 반원판의 바깥 둘레부의 일부를 덮도록 중앙측에 접어 구부려 형성하고 있다. 이와 같은 구성에 의해서도 전계집중을 방지하는 것이 가능하다.

도 6에 나타내는 예는 안테나수신부(4)를 금속용기(3)의 내면의 원통형상의 곡률에 맞추어 형성하고, 금속용기(3)의 내부에 설치하고 있다. 이 경우 핸드홀내에 설치할 필요가 없기 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이 밀봉단자(7)의 바깥지름과 같은 홀을 형성하면 좋고, 플랜지(5)를 작게 형성할 수 있다. 안테나수신부(4)는 밀봉단자(7)의 좌우에 2매의 안테나를 설치하면 좋고, 이 경우는 반원판 뿐만 아니라, 반타원형, 직사각형등의 형상의 판형상의 안테나를 채용할 수 있다. 이와 같이 금속용기(3)의 내면을 따르는 곡률로 안테나를 구부려 형성함으로써, 안테나가 들어갈 크기의 핸드홀이 아니어도 설치가능하게 할 수 있다. 또 수신감도를 저하시키는 일 없이 전계집중에 의한 절연저하를 방지할 수 있다.

도 7에 나타내는 예는 떨어진 장소에서 측정하는 경우를 고려한 것으로서, 금속용기(3)내의 안테나수신부(4)에서 수신한 신호를 정합회로나 증폭기를 조립한 송신회로(11)를 설치하고 있다. 송신회로(11)에 접속된 동축케이블(8)의 선단측에는 송신안테나가 설치되어 있다. 금속용기(3)와 떨어진 장소에는 측정장치(10)가 설치되어 있고, 측정장치(10)에는 동축케이블(8)을 거쳐 수신안테나(12)가 설치되어 있다. 안테나수신부(4)에서 검출한 부분방전신호를 송신회로(11)로 정합 및 증폭하고, 송신안테나(13)로부터 전자파로서 송신한다. 송신안테나(13)에 의하여 송신된 신호는 가스절연기기로부터 떨어진 장소에 설치된 수신안테나(12)에 의하여 수신되고, 측정장치(10)로 측정된다. 여기서 수신안테나(12)로서 지향성이 강한 안테나를 사용함으로써, 가스절연기기에 다수설치된 부분방전 검출장치의 어느 부분에서 부분방전이 발생하고 있는 지, 한 개의 수신안테나(12)에 의해서도 검출할 수 있다.

도 8에 나타내는 예는 안테나수신부(4)의 감도를 보다 고감도로 하기 위한 예를 나타내고 있다. 안테나수신부(4)와 플랜지(5)사이에는 반구형상의 반사판(15)을 설치하고 있고, 이 반사판(15)은 핸드홀의 안지름과 같은 크기로 형성되어 있다. 이와 같이 구성함으로써 가스절연기기내를 전파하여 온 전자파가 안테나수신부(4)에 수신되지 않고 통과하였다고 하여도 통과한 전자파를 누출하는 일 없이 반사판(15)에 의하여 안테나수신부(4)를 향하여 반사할 수 있다. 그 결과, 안테나수신부(4)의 전면에서 수신할 수 없었던 전자파를 효과적으로 모음으로써 감도향상이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 가스절연기기의 부분방전 검출장치에 의하면, 가스절연기기내의 부분방전신호를 광대역 또한 고감도로 검출할 수 있다. 또한 대지와의 정전분압에 의하여 가스절연기기내의 전위측정이 가능하다. 또한 안테나수신부를 설치함에 의한 가스절연기기 내부의 전계집중을 방지할 수 있어 부분방전에 의하여 발생한 전자파를 다이폴안테나와 동등 또는 그 이상의 광대역 또한 고감도로 검출할 수 있다.

Claims

절연가스를 밀봉한 금속용기에 고전압도체가 절연지지체에 의하여 지지된 가스절연기기의 부분방전 검출장치에 있어서,

상기 금속용기내에 2매의 판형상의 도전성 전극을 간극을 가지고 설치하여 형성된 안테나수신부와, 상기 안테나수신부에 접속되어 동축의 밀봉단자를 거쳐 상기 금속용기외부로 인출된 동축케이블과, 상기 동축케이블에 접속된 측정장치를 구비한 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전검출장치.
제 1항에 있어서,

상기 2매의 판형상의 도전성전극이 가스절연기기 내부의 흡착제함유, 파티클트랩이나 핸드홀내의 저전계부분에 설치되는 것으로서, 또한 반원형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 안테나수신부로부터의 신호선과 대지사이에 콘덴서를 삽입한 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 2매의 판형상의 도전성 전극을 상기 금속용기의 내면을 따른 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 2매의 판형상의 도전성 전극의 바깥둘레쪽의 에지부분의 각을 둥글게 형성한 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 2매의 판형상의 도전성 전극의 바깥둘레쪽을 덮는 밀봉전극을 설치한 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 2매의 판형상의 도전성 전극의 중심부에서 2매의 판형상의 도전성 전극의 각각에 동축케이블의 중심선과 어스선을 직접 접속함과 동시에, 상기 측정장치와 동축케이블을 동축 커넥터를 거쳐 접속한 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 안테나수신부가 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 안테나수신부를 절연물을 거쳐 상기 금속용기에서 지지된 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 동축 케이블이 신호의 정합회로 및 증폭기를 가지는 송신회로와, 상기 송신회로에 접속된 송신안테나와, 상기 송신안테나로부터 송신된 전자파를 수신하는 수신안테나와, 상기 수신안테나에 접속된 측정장치를 구비한 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.
제 10항에 있어서,

상기 송신안테나가 가스절연기기의 각 부에 복수개 설치되는 것으로서, 상기 수신안테나를 한 개 구비한 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 안테나수신부와 상기 금속용기에 설치된 플랜지와의 사이에 반사에 의하여 안테나수신부에 전자파를 집중하기 위한 반구형상의 판을 구비한 것을 특징으로 하는 가스절연기기의 부분방전 검출장치.